高效玉米秸秆生物饲料的研制及其在育肥猪生产中的应用研究

【摘要】：农作物秸秆是一种巨大的潜在饲料资源，而且分布广泛、种类多的特点。现在，玉米秸秆在饲粮中应用有限，特别在单胃动物中未被普及应用。主要是因为玉米秸秆中含有大量的木质纤维素，单胃动物对其消化利用率低消化吸收。在本实验中首先从自然界分离筛选得到优异的木纤维素酶高产菌株，同时对玉米秸秆进行了理化处理的探索，开创了玉米秸秆先理化处理后微生物发酵的高效生物秸秆的处理工艺，并且利用猪的饲养试验对其应用效果进行评定，为秸秆资源的综合利用奠定了基础。本研究主要包括如下四部分内容： 试验一：从腐烂的树枝和土壤中采集样品，以秸秆为唯一碳源富集培养后，采用PDA–愈创木酚法进行菌株的初筛，筛选出木质素酶高产菌株5株，然后在以玉米秸秆为主要碳源的玉米粉固态发酵培养基中进行复筛。结果表明，第5号菌株在玉米秸秆粉固态发酵培养基中发酵5d后，木质素的降解率为最高为34.95%，同时粗纤维的降解率为20.00%，显著高于其它菌株（P0.05），其羧甲基纤维素酶达到116.35U/g；10d后，其木质素酶达到最高为45.64U/g。第5号菌株经形态特征观察和26S rDNA ITS区序列分析确定其为粗毛栓菌（Trameteshirsuta）。将粗毛栓菌与实验室保存的纤维素降解菌米曲霉分别进行固态发酵试验，通过比较酶活力及降解率和生物安全性等诸多因素，选择米曲霉为生物秸秆处理菌株。 试验二：为了确定生物秸秆的最佳处理工艺，首先对玉米秸秆进行了理化预处理。研究了蒸汽爆破和氢氧化钠对玉米秸秆进行单独预处理和联合处理，考察在不同预处理下秸秆理化成分的变化。结果表明：氢氧化钠降解普通秸秆的最优碱处理条件为：氢氧化钠浓度1.5%、温度100℃、处理时间1.5h，在此最优条件下木质素降解率达到70.88%。蒸汽爆破处理秸秆中半纤维素、木质素和纤维素的降解率分别为54.68%、33.14%和17.75%（P＜0.05）；碱处理普通秸秆中半纤维素、木质素的降解率分别为67.91%和76.54%（P＜0.05），碱处理爆破秸秆中半纤维素、木质素和纤维素的降解率分别为75.98%、77.88%和39.93%（P＜0.05）；然后用米曲霉分别连续发酵普通秸秆、爆破、碱处理普通秸秆组和碱处理爆破秸秆，研究在连续发酵过程过中酶活力的变化和秸秆成分的变化。在米曲霉连续发酵6d后，与普通秸秆发酵0d相比，对照组、爆破组和碱处理普通秸秆组和碱处理爆破秸秆组半纤维素降解率分别为23.98%、59.02%、85.40%和85.73%（P＜0.05）；纤维素降解率分别为22.98%、47.14%、24.13%和46.46%（P＜0.05）。四个处理组中木质素的含量在整个发酵过程中均无降解。爆破组和碱处理普通秸秆组和碱处理爆破秸秆组经米曲霉发酵6d后，其中的CMC酶、淀粉酶和蛋白酶活力均低于对照组（P＜0.05），滤纸糖酶与对照组差异不显著（p＞0.05），但其可溶性糖含量显著高于对照组，碱预处理在木质纤维素的降解方面远优于于爆破秸秆处理，而且可溶性糖含量的变化呈现出先升高后下降的趋势。综合考虑木质纤维素的降解率、酶活力的变化、经济成本和环境效益，最终选择米曲霉发酵爆破秸秆的生物秸秆处理工艺，为后续的饲养试验奠定基础。 试验三：为了测定猪对生物秸秆的表观消化能，共设四个处理组分别以0%、5%、10%和15%的生物秸秆等量的替代玉米进行消化试验，采用斜率比法计算猪的的表观消化能。经过计算秸秆的猪表观消化能为7.51MJ/Kg。然后对生物秸秆的营养成分进行了综合分析，为饲养试验奠定基础。 试验四：为了研究生物秸秆对猪生产性能、营养物质代谢率、肠道微生物区系和消化酶的影响，本试验共选取90日龄纯种二元阉割公猪120头，分为第一阶段（仔猪）和第二阶段（中大猪）两个阶段,每个阶段各一个月分段进行饲养。第一阶段按体重分为5个处理组,每个处理3个重复,每个重复8头猪。第二阶段在第一阶段原处理组内选择105头猪，按体重分为5个处理组，每个重复7头猪。用基础日粮组作为对照组，试验组分别以5%、10%和15%的玉米替代等量的玉米和部分豆粕。同时增设能量平衡组（10%的生物秸秆+豆油）全面测定生物秸秆的生物效应。 通过试验表明: （1）随着生物秸秆添加比例的提高，肠道内的蛋白酶活、纤维素酶活、淀粉酶活和滤纸酶活力均有增加的趋势，同时结果表明高含量的生物秸秆水平对大肠杆菌的抑制和乳酸杆菌的生长有一定的作用，但差异不显著，而且发现饲喂生物秸秆后对对血清中的乳酸脱氢酶、谷草转氨酶和碱性磷酸酶有一定的影响，对其他生化指标无显著性差异。 （2）随着生物秸秆添加量的提高，猪的日增重和营养物质消化率呈下降趋势，但日增重均与对照组差异不显著(P0.05)；以10%生物秸秆的能量平衡组的日増重和经济效益最好，不仅高于对照组22.08%(P0.05)，而且还显著地高于15%生物秸秆组(P0.05)。说明在中大猪的日粮中利用5-10%生物秸秆来替代玉米是可行的，尤其在额外增加能量的基础上效果最佳，为节粮型畜牧业的发展奠定了基础。 【关键词】：玉米秸秆 蒸汽爆破 NaOH预处理 米曲霉发酵 肥育猪 生产性能
【学位授予单位】：河南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：S828.5
【目录】：

• 致谢4-10
• 摘要10-12
• 1 文献综述12-19
• 1.1 我国非粮饲料的资源12
• 1.2 农作物秸秆的主要成分12-13
• 1.3 木质纤维素的组成13-14
• 1.4 纤维素降解菌及纤维素酶14-15
• 1.5 木质素降解菌及木质素酶15
• 1.6 木质素的生物降解机制15-16
• 1.7 秸秆资源的预处理16-18
• 1.8 发酵秸秆在动物生产中的应用研究18
• 1.9 秸秆资源饲料化的展望18-19
• 2 引言19-20
• 3 玉米秸秆降解菌的筛选20-31
• 3.1 材料与方法20-22
• 3.1.1 材料20
• 3.1.2 试验方法20
• 3.1.3 最优生物秸秆处理菌株的筛选20-21
• 3.1.4 降解率及酶活力的测定方法21-22
• 3.1.5 数据处理与分析22
• 3.2 结果与讨论22-27
• 3.2.1 菌株的初筛22
• 3.2.2 玉米秸秆降解菌复筛过程中秸秆主要理化成分的变化趋势22-24
• 3.2.3 复筛过程中木质纤维素酶高产菌株中木质纤维素酶的变化趋势24-25
• 3.2.4 F5 号菌菌种鉴定结果25-26
• 3.2.5 生物秸秆处理菌株的确定26-27
• 3.3 讨论27-30
• 3.3.1 木质纤维素降解菌株的初筛27-28
• 3.3.2 木质纤维素酶高产菌株复筛过程中秸秆主要理化成分的变化趋势28-29
• 3.3.3 米曲霉和 5 种真菌发酵对玉米秸秆中酶活变化的影响29
• 3.3.4 生物秸秆处理菌株的确定29-30
• 3.4 小结30-31
• 4 生物秸秆生产工艺的优化31-39
• 4.1 材料和方法31-32
• 4.1.1 试验材料31
• 4.1.2 秸秆蒸汽爆破预处理31
• 4.1.3 秸秆氢氧化钠预处理31
• 4.1.4 秸秆蒸汽爆破—氢氧化钠联合处理31
• 4.1.5 固态发酵处理31-32
• 4.1.6 降解率和酶活力的测定32
• 4.2 结果与分析32-36
• 4.2.1 氢氧化钠处理普通秸秆后木质素降解率最佳条件的确定32-33
• 4.2.2 不同处理秸秆的主要成分33-34
• 4.2.3 米曲霉发酵对不同预处理秸秆的成分影响34-35
• 4.2.4 米曲霉发酵过程各组酶活力及可溶性糖含量的变化35-36
• 4.3 讨论36-38
• 4.3.1 氢氧化钠对普通秸秆木质素降解率影响36-37
• 4.3.2 不同处理中秸秆的主要成分37
• 4.3.3 米曲霉发酵对不同预处理秸秆的成分影响37
• 4.4.4 米曲霉发酵过程各组酶活力及可溶性糖含量的变化37-38
• 4.5 小结38-39
• 5 猪对生物秸秆的表观消化能的测定39-44
• 5.1 材料和方法39-40
• 5.1.1 生物秸秆的制备39
• 5.1.2 试验动物与日粮39
• 5.1.3 试验方法39-40
• 5.2 结果与分析40-41
• 5.2.1 斜率法定秸秆消化能40-41
• 5.2.2 生物秸秆营养成分的分析41
• 5.3 讨论41-43
• 5.3.1 斜率比法对表观消化能的测定41
• 5.3.2 生物秸秆营养成分的分析41-43
• 5.4 小结43-44
• 6 生物秸秆对肥育猪生产性能的影响44-57
• 6.1 材料与方法44-47
• 6.1.1 试验材料44
• 6.1.2 饲养试验设计及分组：44
• 6.1.3 试验日粮组成及营养水平44
• 6.1.4 饲养管理44-45
• 6.1.5 指标的测定及方法45-46
• 6.1.6 数据统计和分析46-47
• 6.2 结果与分析47-52
• 6.2.1 日粮中添加不同比例的生物秸秆对第一阶段生产性能的影响47
• 6.2.2 日粮中添加不同比例的生物秸秆对第二阶段生产性能的影响47
• 6.2.3 日粮中添加不同比例生物秸秆对粪便 ph 值和初始含水量的影响47-48
• 6.2.4 日粮中添加不同比例的生物秸秆对营养物质消化率的影响48
• 6.2.5 日粮中添加不同比例的生物秸秆对肥育猪肠道微生物菌群的影响48-49
• 6.2.6 日粮中添加不同比例的生物秸秆对肥育猪粪便中酶活力的影响49-50
• 6.2.7 日粮中添加不同比例的生物秸秆对肥育猪血清生化指标的影响50
• 6.2.8 经济效益分析50-52
• 6.3 讨论52-56
• 6.3.1 日粮中添加不同比例的生物秸秆对肥育猪生产性能的影响52-54
• 6.3.2 添加不同比例生物秸秆对粪便 pH 值和初始含水量的影响54
• 6.3.3 添加不同比例的生物秸秆对营养物质消化率的影响54
• 6.3.4 添加不同比例的生物秸秆对肥育猪肠道微生物菌群的影响54-55
• 6.3.5 添加不同比例的生物秸秆对肥育猪粪便中酶活力的影响55
• 6.3.6 添加不同比例的生物秸秆对肥育猪血清生化指标的影响55-56
• 6.3.7 经济效益分析56
• 6.4 小结56-57
• 参考文献57-61
• ABSTRACT61-62

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